CN117811167A - 一种以变压器磁芯中的磁能做主动均衡的系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种以变压器磁芯中的磁能做主动均衡的系统与方法，将多组不同平均电压的电池组的电能经过多绕组变压器转换为磁能，磁能在变压器磁芯里面混加在一起，再按照电压高低分布控制MOS开关将磁能转换成电流返回不同平均电压的电池组，如此主动的将高电压的电池的能量输送到低电压电池的系统与方法。本发明以真正主动均衡的方式，以能避免磁复位的问题为前提，充磁时将高电压的电芯能量多充磁到磁芯，放磁时将磁芯的磁能多释放到较低电压的电芯，加快均衡的速度，并且以多种手段控制不必要的电压高低波动，主动将能量从电压较高的电芯搬到电压较低的电芯，仍然采取多路并联控制的电路拓扑，以电芯分组到电芯分组的方式进行主动均衡。

Description

一种以变压器磁芯中的磁能做主动均衡的系统与方法

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体为一种以变压器磁芯中的磁能做主动均衡的系统与方法。

背景技术

采取变压器做所谓的主动均衡的技术的原理是因为电感的感抗=jwL,其中w=2πf,π是圆周率，f是频率，因此电感在高频的阻抗很高，所以一个电压经过高频开关电路在绕线组中产生高频电流，而绕线组在高频的感抗很高，使得绕线组可以视为电流源，电路学里面可以用电流源来连接电压不相等的电压源，解决不相等的电压不能并联相接的问题，这是以高频开关电路做升压电路和降压电路的基本原理。

为了简化在后面的说明，我们以下把电芯经过开关电路以及绕线导通，导通后电流方向是从电芯流到绕线组，电芯电压在绕线组产生的电流逐渐增加，电能逐渐转换成磁芯中的磁通量，就是电能转成了磁能，我们把这个逐渐建立磁通量的过程称为“充磁”，反之，电芯经过开关电路以及绕线导通，导通后电流方向是流回电芯，磁芯中的磁通量逐渐转减少，我们把这个磁能经过绕线组转换回电流逐渐流回到电芯的过程称为“放磁”。

但在此所定义的“充磁”与“放磁”这两个名词和业界惯用的意义不同，仅仅为了在本专利的说明中用来简化和缩短文字解说篇幅而使用，在本专利说明之外，本专利所采用的“充磁”与“放磁”这两个名词解释并不适用于业界惯用说法。

随着现代社会科技的发展，电池储能装置已经广泛应用于电单车、电摩和家储系统，大多必须将多个蓄电单体电芯串联达到系统电压需求，然后把许多串联好的电芯串再并联以达到需要的安培小时电量。由于生产工艺的限制，导致串联在一起的电池单体间存在个体差异，具体表现在容量和电压不完全一致。特别是串联在一起的多个电池，随着充放电次数的增多，它们之间电压差异会越加明显。如果不采取有效措施解决这个问题，轻则影响串联电池组的蓄电能力，重则导致电池单体的损坏，甚至引发爆炸等安全事故。

2014到2015年美国德州仪器（TI）发表了大量文章阐述电池电芯电压使用一阵子后产生不均衡时造成的寿命减短、续航力衰减，以及增加发生燃烧爆炸机会的文章。强调了对电池的电芯进行均衡后就能够延长电池使用寿命以及电动车行驶续航力，并且能够降低燃烧和爆炸危险的机会。

于是带动了电池管理系统(BMS)所谓的“均衡技术”的蓬勃发展，电池均衡技术又分为被动均衡与主动均衡两大类。一般文章所描述的被动均衡是利用电阻将高电压的电芯释放电荷去匹配电芯串并联阵列中最低电压电芯，但是这将会降低电池组中绝大部份单一电芯的满容量，就降低了整体电池的续航力。但是真实状况并不是这么简单，电芯电压不一致最大的问题是，造成电芯在放电中电芯电压低的原因是电芯的内阻变高，而这个内阻变高的电芯在充电中反而造成了充电电压上升，所以内阻高的电芯在充电中因为电压较高将会提前截止充电，而内阻较高的电芯在放电中则因为内阻较高的压降反而造成放电电压较低就提前截止放电，总的来说就是充电充的比别的电芯少，放电还提早结束，如果按一般网络上的业界解释，被动均衡是在充电中将内阻较高而电压较高的电芯并联一个电阻去释放其能量，这个说法反而是把放电中电压最低的电芯在充电中充了较少的电荷，这么一来被动均衡不但不会提升续航力，反而得到了反效果；众多的实验证明被动均衡是有效的，因此真实的被动均衡的原理是在充电中，在充电电压较高也就是内阻较高的电芯上并联一个电阻，在这一节电芯上充电电流分流到外部并联电阻上，因此内部内阻在充电中的压降就减小了，于是充电电压就降低了能延缓达到电芯的截止充电阈值，这不是延缓对其他充电电压较低的电芯的电池截止充电的时间，而是把充电电压较高的电芯用被分流后较小的电流充电，降低内部内阻的电压降，使得该节电芯的理想电池的电压达到充电截止电压时，也就是充电电压扣掉内阻上压降的电压能够提高，以此原理对内阻较高的电芯多充一些电荷，当然这造成的结果和一般网络文章描述被动平衡技术会造成的缺点，就是充电时间增长，电阻产生热，浪费充电电流等等是一致的。内部内阻过高的电芯在充电中经过外部电阻分流，以相对其他电芯较小的电流充电，使得电芯达到截止充电电压阈值时，该节电芯内部理想电池电压上升，这才是被动均衡能够提升续航力的真正原因。

主动均衡则是真正的去重新分配电荷，而不是利用外部电阻分流以提升内阻高的电芯在充电中的理想电池电压，其原因不是单纯的为了要节省电阻消耗掉的能量，更重要的是要在电芯断开充放的开路状态量测电压，使得量测到的电芯电压等于内部理想电池电压，不受电池内阻大小影响的状况下达到各个电芯电压的平衡，这才能真实有效的提升续航力。当然想要缩短充电时间，就必需放弃部份理想的做法，权衡调整测量电压的方式。

TI提出一系列主动均衡的方案，将电芯电压较高的电芯的能量搬运到电芯电压较低的电芯去，过程中是先量测每个电芯的电压，然后主动的将某一节较高电压电芯的能量转换成电感中的磁能，再将磁能转换回电流充到某一节电压较低的电芯，由于要在串联电压高低不同的电芯之间任意切换能量转换的方向，需要极大的双向开关矩阵，并且开关电流要够大，造成这个主动均衡的电路非常复杂并且成本昂贵。

为了降低主动均衡的成本以及复杂度，其中一种技术是类似TI的方法利用多绕线组变压器做电芯电压均衡的媒介，所有串联电芯的顶部和底部接在初级线圈，每单一电芯连接一组次级线圈和一对MOS开关能双向导通电流，当某节电芯电压值低于所有串联电芯的电芯平均电压值时，就以反激方式前半周从所有串联电芯对初级绕线充磁，后半周再对电芯电压值低于平均电芯电压值的次级线圈放磁，亦即对该节电芯充电，此称为底部平衡(Bottom Balancing)，而当某节电芯电压值高于所有串联电芯的平均电芯电压值时，就以反激方式前半周从该电芯电压值高于电芯平均电压值电芯对其次级绕线充磁，后半周再对所有串联电芯对应的初级线圈放磁，等于对所有电芯一起充电，此称为顶部平衡(TopBalancing)，这个底部平衡和顶部平衡是以多绕线组变压器减少了TI的开关矩阵大约一半的开关数量，可是即便如此，控制单一电芯从次级绕线组对初级绕线组充磁以及从初级绕线组对从单一电芯的次级绕线组放磁的双向开关矩阵和控制电路仍然非常复杂，于是又产生了很多新的所谓的主动均衡的方法是利用多抽头绕线组变压器做电芯电压均衡的媒介，所有的电芯对变压器磁芯反复同时充磁与同时放磁，这和TI提倡的先测量电芯电压后，再将电芯电压较高的电芯的能量经过电感或者变压器搬运到电芯电压较低的电芯去的方式有所不同，这些新的系统方法只是利用了变压器的电感特性，其抽头绕线组和磁芯在高频电流在电感感抗中属于无功无损耗的状况下，先将电芯一起导通对磁芯充磁，此时能量在磁芯中以磁通量混合在一起，然后再将混合在一起的磁能经过多抽头绕线组一起各自在抽头绕线组中导通放磁，分别转换回每一个单一电芯的电能，在此能量转换中达到电芯电压均衡的目的，过程中没有去控制单一电芯到单一电芯的能量转换，只有顺其自然的让所有电芯自然的去平衡。这种方法也能使得原来电压较低的电芯的能连和电压较高的电芯的能量产生平均的电压平衡，可是要比TI提出的主动均衡简单很多，双向开关矩阵以及控制电路的成本和复杂度低很多，为了方便后面的说明，将这种方法称之为“半主动均衡”。

上述比较便宜的，没有主动将电压较高的电芯的能量搬运到电压较低的电芯的半主动均衡的方法，是采取将电芯能量以高频MOS开关反复以先充磁到多抽头绕线组变压器的磁芯，之后再将磁芯中的磁能放磁释放回全部的每一个电芯的一种方式，能降低电路的复杂度，其原理是每一次对应电芯电压较高的抽头绕线组，因为较高的电压降在抽头绕线组中就会产生较大的充磁电流，而放电时，混合相加在一起的磁通量，磁通量放磁转换回各个抽头绕线组中的电流时却是能无视各个电芯的电压差异，平均分流到变压器各个抽头绕线组，这就将磁能转换回电流，平均的充回到每一个电芯成为电能，反复操作上述过程就能让电压高的电芯的能量，自然的较多的释放到电压较低的电芯去。这种方法的确避开了“被动均衡 Passive balancing”的缺点，比较快速的达到了电芯电压能量平均分布的效果，所以目前业界承认这个新方法也属于“主动均衡”，而我为了区别本专利的方法，我将其称之为半主动均衡(Semi Active Balancing)。

例如中国专利CN201620739208一种由多绕组变压器构成的电池均衡器专利中的实施方式2，就是属于这种半主动均衡的方法，其中提到一般利用电感进行电能到磁能，磁能到电能的转换中，有可能需要磁复位，而这个专利则是提出了解决多绕组变压器的主动均衡系统在电压均衡器中的磁复位问题，可以不需要增加专门的磁复位电路，就能够确保在电池组达到均衡稳定后，让所有电池的电压达到完全一致。

目前业界已经有不少厂商采取了这个专利的实施方式2的方式进行主动均衡，但因专这个专利采取半主动均衡，所有的电芯不管电压高低，都是一起以一半的时间对磁芯充磁，而另一半的时间将磁芯中的磁能放磁释放回电芯，并没有采取任何“主动的”方法去控制高电压的电芯释放能量到低电压的电芯，只是利用磁芯作为能量转换的机制，顺其自然的让能量自行互相流动，既无法干预，也无法控制从某一电芯到另一电芯的能量转换，并不能算是“完全的主动”均衡，并且专利中的核心重点就是充磁的时间与放磁的时间要一样，也就是充磁与放磁的占空比都是50%，这样才能避免磁复位的问题。

又例如如中国专利CN202310850593 提出“一种主动均衡电路、均衡控制器及均衡控制系统”，也是这种半主动均衡的方法，并没有进行主动的控制单一电芯对单一电芯的能量转移，只是任其自然的去被动平衡，其中提到均衡控制器向第n个均衡单元输出周期性的高频控制信号，用于控制第一MOS开关管和第二MOS开关管交替通断，其核心重点是经济有效的提供闸极偏压，专利中还有提出MOS开关的控制时序，也是必须采取互补的充磁与放磁各占一半的时间，专利中并且还提供了MOS开关时序死区控制的说明，实现控制整个半主动均衡电路的均衡电流和均衡速度的有效调节。

目前业界有很大一部分都采取了这类的半主动均衡，这类半主动均衡技术特别强调充磁和放磁的时间必须一致，充磁与放磁的占空比都是50%，才能达到自然磁复位的效果，因为假如充磁的比放磁的时间长，那么电流将因为累增而越来越大，磁通量累增而饱和就需要磁复位，反之放磁的时间比充磁的时间长，主动均衡的电流将会越来越小，均衡的时间会越拉越长。

所以这类以多抽头绕线组，以高频电流将电能充磁转换成磁芯中的磁通量来并联相加，再以高频电流将混合在一起的磁能放磁转回电能分流到电芯的方法，并不能“主动”控制高电压电芯的能量转到低电压的电芯，而是靠高电压电芯在充磁开关中因电流和电压成正比，充磁电流较大，而磁芯放磁的过程，因为感抗很高，电感电流大小与电芯电压高低无关，电流能自适应的回充到不同电压的电芯，如此在高频充放之中，电压高的电芯每次都多充磁出去一点，电能就慢慢的释放到电压低的电芯去了。

然而，现有的磁能做主动均衡的系统与方法存在以下的问题：

抽头绕线组线长短不一，绕线紧密不一，以至于相同的电压，不一定产生相同的电流，因此抽头绕线组变压器的精密度对平衡的效果有很大的影响；

根据实验，高电位电芯释放能量到低电位电芯，就像水先流到胡泊，再回流回来，会产生波浪一样，不同的地方高低起伏，有时是这个电芯电压增高，有时是另一个电芯电压增高，电能经过导电充磁变成磁能，再经过导通放磁回电能的过程，不同电芯中的能量波动和湖水波浪的水波类似，并不是最高电压的电芯就一定会把能量释放到最低电压的电芯，尤其在彼此电压已经接近平衡时，电芯电压高低起伏此起彼落就如波浪一般相当随机，仅仅靠能量在电芯压差充磁与磁芯中磁通自动分流回电流的自然分布来回充磁放磁而达到平衡的时间就拉的很长，并且不稳定；

这类利用电感/变压器将电能转换成磁能，在磁通量中将能量并联，再转回电能的过程中，电感属于被动原件，其实并没有做“主动”的均衡，就像前面解释的靠压差产生的电流差，回流时靠自然分流，例如16节串联电芯中只有一节电芯电压较低，只有另一节电芯电压较高，那么其他14节电压正常的电芯，也要陪着这两节电芯不停的来回充放，多次不停充放，不只浪费时间，还产生不必要的电池能量损耗，寿命损耗，更可怕的是，本来一节电芯对另一节电芯充放电就好，没必要跟着去均衡的14节电芯也不断地跟着用大电流充放电，产生了不必要的热量，按本例16节串联电芯而言，以TI的方法本来一次充放磁每半周只有一个MOS导通，而半主动均衡是不管哪一个半周都是16个MOS一起导通，也就是虚增了15倍的热量，而且其流动方向还不可控，不但增加散热成本，拉长均衡时间，这个长时间大量的热量还造成危险，例如充电柜中许多电池组一起均衡，这个虚增15倍的热量是十分可怕的，加上等待自然平衡的时间无法被控制的，没必要的拉长，而这些不断的反复充放电,在MOS管和磁芯以及铜线和电池内阻上所产生的热，都是浪费，而且在集中的充电柜集中产生的热量造成的高温更是危险；

电能经过抽头绕线组的电流在磁芯中变成磁通，磁通又回到电流分流回去电芯的过程，磁芯好比一个湖泊，里面磁通能量如同波浪起伏，加上电路和元器件难免有杂讯、噪音等等，所以各个电芯电压起起伏伏无法绝对控制，这个现象有可能会造成一个均衡振荡的问题，原来电压过高的电芯释放能量到电压低的电芯，当进入结束均衡阈值范围后，但此时因为杂讯或者噪音或者ADC的解析度不够线性，或者每次ADC之前的间隔时间较长，在下一个取样周期会发现电芯电压的电压差又大于结束均衡阈值了， 电芯电压和平均电压都会有高低反转的机会，主动均衡重新进入相反方向的能量搬动，经常会一再脱离结束均衡阈值，反复的进行高低反转，就产生了均衡振荡，持续在接近结束均衡阈值的上下外侧来回充放，无法进入结束均衡阈值内，多抽头绕线组磁芯电感环路，磁通在里面相加，和MOS管的寄生电容以及电感，有可能直接造成环路振荡，这个环路振荡是低频的但是也会产生不可控的极大磁通，最后烧坏MOS或者其他零部件。

为此，需要设计相应的技术方案解决存在的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以变压器磁芯中的磁能做主动均衡的系统与方法，是先判断哪些电芯电压高，哪些电芯电压低，然后依照获取的电压资料，主动的去控制，把电压高的电芯的能量搬运到电压低的电芯去，因此，速度会比顺其自然的半主动均衡更快，时间短了产生的总能耗自然因此降低，发生的总热量也随之降低。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：将多个电芯分组，量测各个单一电芯的电压，也求得各组电芯的平均电压，将不同平均电压的电池组的电能按照电池组的平均电压高低来控制MOS开关经过多绕组变压器充磁转换为磁芯中的磁能，所有的磁能在变压器磁芯里面混加在一起，再按照电池组的平均电压高低分布控制MOS开关将磁能放磁转换成不同大小的电流返回不同电压的电池组，如此主动的将高电压的电芯的能量输送到低电压电芯，达到真正主动均衡的目的。

作为本发明的一种优选方式，是将系统的N个电芯分为至少两组电池组，由主控电路经过N路输入的模数转换器ADC读取N个电芯的电压，计算出各个电池组的平均电压，在以高频MOS开关将电芯的电能经过抽头绕线组对磁芯充磁放磁的过程中，平均电压最高的电池组多充磁一点，而磁芯磁能放磁的时候就对平均电压最低的电池组多放磁一点，这样就能快速的将电压较高的电池组的电能，经过磁芯输送到平均电压最低的电池组。

作为本发明的一种优选方式，每次测量电芯电压是在不对外放电也不在充电状态下，关断全部的充磁放磁开关，量测电池的电压，为了解决磁复位问题、各种可能的振荡，以及可能因为不同电芯有不同温度造成电压的温度偏移，可以在每次量测电芯电压前先停止一段时间，消除起振，降低温度与让全部电芯的温度尽量平衡，然后再测量各个电芯的电压。

作为本发明的一种优选方式，当主动均衡达到每个电芯之间的电压差值，全部进入预设的一个结束均衡阈值后，才停止主动均衡。

作为本发明的一种优选方式，为了避免各种杂讯、模数转换的各种不准度，以及每次量测后开始均衡可能因均衡过头所引起的高低电压电池组之间高低的振荡，还有一个开始均衡的阈值，当N个电芯中单一电芯间的电压差大于了这个开始均衡的阈值时才会开始主动均衡，这个开始均衡阈值要比结束均衡阈值要大，以此避免均衡时平均电压高变低，以及低变高，各种杂讯加上电压变化容易冲过头超出结束均衡阈值范围，以致从新开始均衡，如此而造成的电压高低之间往返振荡。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明以真正主动均衡的方式，以能避免磁复位的问题为前提，充磁时将高电压的电芯能量多充磁到磁芯，放磁时将磁芯的磁能多释放到较低电压的电芯，因此加快均衡的速度，并且以多种手段控制不必要的电压高低波动，主动将能量从电压较高的电芯搬到电压较低的电芯，本专利为了保持了电路单纯和成本低的优点，并没有做到控制单一电芯对单一电芯的主动均衡，仍然采取多路并联控制的电路拓扑，以电芯分组到电芯分组的方式进行主动均衡的一种系统与方法。

附图说明

图1本发明的系统方块图；

图2本发明N个电芯被分组为 i 组 ，这i组控制线的示意图；

图3本发明多抽头绕线组变压器进行主动均衡的流程图。

如图所示：

10、电芯；11、电池组；

12、平均电压最高的电池组；14、平均电压最低的电池组；

20、变压器；21、抽头绕线组；22、磁芯；

30、MOS开关；

40、模数转换器ADC；

50、主控单元；

100、电池单元。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图3，本发明提供一种技术方案：图1为一种以变压器磁芯中的磁能做主动均衡的系统的方块图，图1中包括电池单元100，电池单元100中有N个电芯10，将N个电芯10分为i个电池组11，i≧2，即至少有两个电池组11，假设i个电池组11中的电芯10的电芯电压的平均电压最高的电池组12，而并且假设i个电池组11中的电芯10的电芯电压的平均电压最低的电池组14，至少一个变压器20包括至少一个磁芯22和N个带有抽头的抽头绕线组21，每个带有抽头的抽头绕线组21也可以被两个非抽头绕线组取代，2N个MOS开关30，N路输入的模数转换器ADC40，至少一个主控单元50，N个电芯10中的每一个电芯连接到2N个MOS开关30中的两个MOS开关，这2N个MOS开关30与N个抽头绕线组21连接，主控单元50和2N个MOS开关30连接，每一个电芯经过2个MOS开关30和一个抽头绕线组21连接，抽头绕线组21的抽头接到电芯10的正极，抽头绕线组21非抽头的两个输出端与各自经过2个MOS开关30中的一个分别接回到电芯10的负极，使得电芯正极经过抽头绕线组和2个MOS开关分两端接回电芯负极，2个MOS开关30交替导通，2个MOS开关30的第1个开关导通时是对所述的磁芯22充磁建立磁通，此充磁阶段是电芯正极逐渐增加流出的电流到抽头绕线组,然后关断两个开关中的第1个充磁开关，再导通2个MOS开关30的第2个开关将所述的磁芯22中的磁能经过抽头绕线组21放磁回电芯，此放磁过程抽头绕线组21中的电流逐渐减小，充磁阶段和放磁阶段在抽头绕线组21抽头进入电芯正极的电流的交流成分是相反的方向，主控单元50连接到所述的N路输入的模数转换器ADC 40，以一对一的方式连接到所述的N个电芯10，主控单元50经过所述的N路输入的模数转换器ADC40读取所述的N个电芯10中的每一个电芯10的电压，并且主控单元50计算所述的i组电池组11中的每一组的平均电压，找出其中的最高平均电压和最低平均电压，控制平均电压最高的电池组12对应的所有充磁开关在高频充放中对磁芯充磁的占空周期长一些，并且由磁芯放磁回电芯的占空周期短一些，而控制平均电压最低的电池组14对应的充磁开关在高频充放中对磁芯充磁的占空周期短一些，并且由磁芯放磁回电芯的占空周期长一些，如此将电芯的能量经由抽头绕线组转成磁芯中的磁能，磁能再经由抽头绕线组转回到电芯的过程中，利用占空比的差异，使得平均电压最高的电池组12充磁输出的磁能较多，这些较多的磁能被输送到平均电压最低的电池组14，达成主动均衡的效果，其他平均电压不是最高或最低的组，充磁与放磁的时间相同各占一半时间，以达到自动磁复位的效果，避免需要主动磁复位，并且平均电压最高的电池组12加长充磁的时间和平均电压最低的电池组14缩短充磁时间是一样的，前者多出来的充磁量与后者减少的充磁量彼此抵消后，充磁造成的总磁通是等于全部的电芯都以一半的周期充磁，同理，放磁中平均电压最高与最低的两组的放磁的变动量也彼此抵消，放磁中释放的总磁通等于全部的电芯都以一半的周期放磁，以此达到自然磁复位的效果。

进一步的，业界会预设一个停止均衡阈值，作为判断停止主动均衡的条件，再进一步的当最高平均电压和最低平均电压的差异大的时候，就把占空比差异调大，而最高平均电压和最低平均电压的差异变小了，就把占空比差异调小，直到最高平均电压和最低平均电压的差异比预设的结束均衡阈值小的时候，就停止主动均衡。为了避免造成均衡振荡，限制最大的占空比调整范围在10%以内，就是平均电压最高的电池组12的充磁占空比不超过60%，平均电压最低的电池组14的充磁占空比不少于40%，限制了主动均衡的速度，但是避免了均衡振荡的机会。

为了进一步的降低均衡振荡，本专利再提出一个“开始均衡阈值”，此开始均衡阈值要比所述的结束均衡阈值更大，能进一步的降低均衡振荡的机会。

上述方法中和前面所述半主动均衡的最大不同点在于半主动均衡全部电芯作为一个组，并且充磁时间与放磁时间各半，而本专利则将全部电芯至少分为两组，并且这两组的充磁时间和放磁时间并不相同，充磁较长的组和充磁时间较短的组，其充磁时间加起来还是100%，而放磁较长的组和放磁时间较短的组，其放磁时间加起来还是100%，因为分组中电芯数量相同，因此两组充磁建立起来的磁通量在放磁过程中正好被两组电池组中的电芯吸收回去，磁芯不会磁饱和。

这些磁芯、MOS开关、死区的控制等等都是业界习知的方法，不是本专利的发明重点，可以参考前面提到的中国专利CN201620739208与中国专利CN202310850593，里面都有实施方法说明，但是其他半主动均衡都只有一组两个互补的控制信号，一个控制所有的充磁开关，一个控制所有的放磁开关，这样就无法做到从高到低的控制，只能顺其自然的让所有的电芯的能量在磁芯里面混加，然后顺其自然的回到电芯，重复充磁放磁，这是一种无法主动控制的自然平衡，业界的半主动均衡只 有一组两条互补、交互导通的控制信号，无法达到真正主动均衡的效果。

至于主控单元和模数转换ADC，例如可以参考使用福建东微半导体的DT5M8736，这是一颗32位元的主控芯片，并且其12位ADC带有16路输入，12位的ADC在4.2V的全电压范围都还能解析到接近1mV的精确度就能达到本专利的实施目标。

上述N个电芯10被分成i组电池组11，在主控单元控制这i个电池组时，每一组只需要两条控制线，第一条控制那一组电池中所有的导通以充磁的MOS开关30，第二条控制那一组电池中所有的导通以放磁的MOS开关30，因为同一组中的MOS开关控制信号的时序是相同的，也就是信号的交流成分是一样的，只是串联电芯的直流电位是不同而已，将交流控制信号叠加到不同电芯的负极电位上去控制闸极是业界习知的工艺，当然中国专利CN202310850593就是针对这个直流偏压提出了一个与众不同的做法，不过这个方法类似纹波传递，产生的控制电压在时间上一个比一个晚，MOS管开关并不同步，因为这个直流偏压的技巧不在本专利重点，在此不做深入探讨。

图2是把图1中的方块图重新以被分组为 i 组的状况，其中i≥2，图2重新画的是有i组控制线的示意图，图2中主控单元50以开关控制信号1到i连接到分为i组的2N个MOS开关30，所述的i组控制信号的每一个控制信号的对应每一组电池组11的开关控制线是2条，第一条是控制该电池组的充磁MOS开关，第二条是控制该电池组的放磁MOS开关，这个i≥2是本专利在硬件拓扑上与半主动均衡技术的最大不同，必须把电芯分成平均电压不同的组，才能达到真正主动均衡的目的，半主动均衡的整个电池单元100中N个电芯10只分成1个电池组11,N个充磁开关与N个放磁开关以占空比50%交替导通，所有N个电芯10中的能量经过抽头绕线组21对磁芯充磁与放磁的过程中，磁能在磁芯中随波逐流的自然平衡，不是真正的主动均衡。

业界惯例以一个预设的结束均衡阈值来结束主动均衡，TI在2014年就以2mV作为结束均衡阈值，成为业界不成文的标准，并且TI提出另一个开始均衡阈值来开始主动均衡，这个开始主动均衡阈值要比结束均衡阈值大，以避免均衡振荡，TI并没有严格的要求这个开始均衡阈值的大小，而是要看整个系统的杂讯，根据每个系统的杂讯来定义该系统的开始均衡阈值。

每次进行主动均衡，电芯电压之间最大电压差会慢慢减小，只有当所有电芯之间的电压差小于结束均衡阈值后，才停止主动均衡，而在停止主动均衡之后，可以再重新进行整体充电，当再次充电之后芯电压之间最大电压可能又大于了预设的开始均衡阈值，那么久再从新主动均衡，这个多次充电主动均衡再充电再主动均衡可以使得电量更充裕。

目前业界最需要主动均衡的其中一个应用是采用电池充电柜的共享电单车，因为电单车充电时如果不做电池电压均衡，那么充电时内阻高的电芯提早截止，电量不足，而放电时又输出电压却又更低，造成电单车续航力不足，极可能会在半路抛锚，在共享电单车系统，就是没法骑回充电柜去还电池，骑行人也只能把车子抛弃在半路了，有了主动均衡，不管电芯好坏，至少在充电柜中充满电并且主动均衡后，该次骑行时本来电量会较低的电芯，经过主动均衡使得电压电量与其他电芯相仿，就能延长该次的续航力，该次骑行结束时，如果某些电芯已经老化较严重，这些内阻较高的电芯，还是会电压异常，必须在下一次使用前，从新经过主动均衡技术处理，才能保证下次骑行的续航力，也就是主动均衡能提高续航力，但是没有办法把过高的内阻降低，无法达到业界所说的修复电芯的效果，但是如果有某些老化严重的电芯，在主动均衡中，因为有量测每一节电芯电压的步骤，根据此电芯电压历史记录，就能判别出这些不良电芯，并且对老化太过严重的电芯，锁住柜子不让一般使用者拿出去，并通知后台进行维修处理，更换这些不良电芯。

电单车经常使用的电压是24V、48V、60V、72V，以铁锂电池就是串联8节、16节、20节、24节，这些个数字的N个电芯分配成i组，很好分配，例如i=2就行了，就能使电芯电压高的那颗电芯，经过分组平均电压的判断，以不同的充磁放磁的占空比例差异，主动的将平均电压较高的分组的能量转移到平均电压较低的那组，加速了均衡的过程。

因为很多模数转换的输入只有8路，甚至只有4路，为了方便，以4路或者8路为一组，例如N=16，而ADC是4路输入时，i=4，那么有4组的平均电压，为了控制电路的单纯化以及避免需要主动磁复位，只有平均电压最高的那一组和平均电压最低的那一组进行“主动均衡”，其他两组还是如上面说的，充磁放磁时间各半，顺其自然的参与均衡过程。

以上面举例的福建东微半导体的DT5M8736，是一个单片机具有16路输入的12位元ADC，那么对于8串、12串或者16串电芯的应用，就能直接分成2组相同的电芯数量进行主动均衡；而对于24串电芯的应用，就可以分成3组各8串来处理。

一般业界是采取所有电芯之间的电压差小到2mV或以下作为电池电芯电压均衡的结束均衡阈值，但是如果是梯次回收电芯，不一定能达到这个理想状况，尤其是为了以便宜为主要目标的某些应用，结束均衡的阈值可能高到20mV。

在这个主动均衡过程中，有时发生原来平均电压最高的那一组，很快就不是最高的了，而最低的那组可能也不是最低的了，主控单元自然会随时按ADC采样当时那一次平均电压最高的那一组和最低的那一组做主动均衡，其他不是最高或最低的分组，就以充磁放磁占空比各半的方式，顺其自然的以半主动均衡的模式参与均衡过程。

判断开始主动均衡和结束主动均衡是用单一电芯最高电压和单一电芯最低电压的电压差来判断的，但是有可能发生单一电芯电压最高的电芯出现在分组平均电压不是最高的分组，这并不会影响主动均衡的效能，因为单一电芯电压最高的电芯，即使不在平均电压最高的那一组，因而导通时间较短，但是在同一个电池组里面，该电压最高的电芯还是会在抽头绕线组上产生最大的电流对电芯充磁，仍然能以类似半主动均衡的模式参与主动均衡，只是没有利用到主动均衡的占空比差异来加速均衡的速度，不过很快的，平均电压最高的分组经过占空比调制释放较多的能量给平均电压最低的分组后，其平均电压排名就降低了，而单一电芯电压最高的一组的排序自然会提高，再进一步假设在最坏状况下，发生单一电芯电压最高的电芯出现在平均电压最低的分组，单一电芯电压最高的电芯，依然能因为其电芯电压较高，而在抽头绕线组上产生最大的电流对电芯充磁，就仍然能以类似半主动均衡的模式参与主动均衡，只是没有能立刻利用上占空比差异来加速均衡的速度。

分组平均电压反应了整组的电压代表了组内许多电芯的能量加起来是电能最高的组，所以不以单颗电芯的电压，而以整组的平均电压作为主动均衡搬运时的调整占空比的参数，才会是最快进入结束平衡阈值范围的方法，不过要注意，用来和结束均衡阈值比较的是所有的单一电芯电压之间的最大电压差，而不是分组的平均电压之间的电压差。

就如同前面说明的，电能经过抽头绕线组的电流在磁芯中变成磁通，开关过程中磁通又回到电流形态分流回去电芯，磁芯好比一个湖泊，里面磁通能量如同波浪起伏，加上电路和元器件难免有杂讯、噪音等等，加上各种杂散与寄生的电容和电感，所以各个电芯电压起起伏伏无法绝对控制，这个现象有可能会造成一个均衡振荡的问题，MOS管的寄生电容电感加上电路布线不良，这个问题尤其麻烦，原来电压过高的电芯释放能量到电压低的电芯，本来已经进入结束均衡阈值范围，但此时因为杂讯或者噪音或者ADC的解析度不够线性或者寄生电容电感造成的振荡，在下一个取样周期会发现平均电压的电压差又大于结束均衡阈值了，如果此时立刻高低反转，主动均衡重新进入相反方向的能量搬动，经常会一再脱离结束均衡阈值范围，反复的进行高低反转搬运能量。

为了解决这个问题，另外设定了一个“开始均衡阈值”，必须单一电芯电压最高与最低的电压差，大于“开始均衡阈值”之后，才开始主动均衡。

例如设定结束均衡阈值是2mV，可以 设定开始均衡阈值为10mV，那么进入均衡状态之后，单一电芯电压之间的最大电压差是小于2mV，结束均衡作业之后要等到单一电芯之间的最大电压差异重新变大，例如自放电，或者被拿出去骑行再放回充电柜，只有单一电芯电压之间的最大电压差重新大于10mV之后，才会又重新进入主动均衡处理，这样可以避免上述的均衡振荡问题，不过对于从退役的电动车的电芯梯次回收再利用到电单车上时，有可能要把结束均衡阈值设定为10mV，而开始均衡与阈值设定为20mV，甚至对于某些选择要牺牲性能也要把硬件成本做低的系统，必须将开始均衡阈值设定为50mV，才会避免不必要的平衡振荡现象。

如前所述，很多电单车电池已经开始使用从电动汽车退役后“梯次回收”的铁锂电池，电池内阻已经提高很多，造成其放电电压较低，并且参差不齐，所以如果按业界惯例用12串来做36V的供电系统，这对市场买来的公模控制板，其电压无法有效推动公模系统使用的标准马达，马力不足并且续航力也不够，这时就有可能会把串联数提高到13串来补偿处理这个问题；也会有电芯没问题，单纯就只是要比其他厂家马力更强，续航力更远的想法的厂家，也会采取13串电芯的设计。

同理，也有把串联24组电芯提高到串联25组的，对于这些串联数目，就不能单纯的分成两组就好了，串联13颗电芯，就算分成2组/3组/4组/5组/6组/7组，都无法使得每一组中的电芯数量相同。

解决这个状况的方法是当N个电芯10的N为质数，无法分成除了组内电芯数目为1以外的相等数量的i组，或者N的最大公因数很小，以致分成电芯数相同的q组时，造成q很大，例如q≧6时，当此状况就设法将N分为i组，其中i≦5,也就是让i=3或者5，分组时其中i-1组中的电芯数相同，假设是第1组到第i-1组，剩下一组的电芯数则是与其他i-1组不一样，假设其为第i组，当主控单元50计算出每一组电池组的平均电压后，这个电芯数量不同的第i组，就不参与分组最高与最低平均电压电压的比较了，主控单元50直接控制第i组在主动均衡时控制充磁与放磁各占一半时间，顺其自然的参与主动均衡，对其他第1到第i-1组则比较每组的平均电压大小，控制平均电压最高的电池组12对应的开关在高频充放中对磁芯充磁的周期长一些，并且由磁芯放磁回电芯的周期短一些，而控制平均电压最低的电池组14对应的开关在高频充放中对磁芯充磁的周期短一些，并且由磁芯放磁回电芯的周期长一些，如此将电芯的能量经由抽头绕线组转成磁芯中的磁能，磁能再经由抽头绕线组转回到电芯的过程中，平均电压最高的电池组输出的磁能较多，这些较多的磁能被输送到平均电压最低的电池组，达成主动均衡的效果，其他平均电压不是最高或最低的组以及第i组电池组，充磁与放磁的时间相同各占一半时间。

以上面的N=13来举例，如果设定i=3,那么可以第1组为5串，第2组也是5串，第3组3串，第1和第2组进行平均电压的比较，做主动均衡，第3组不参与比较，以顺其自然的半主动均衡模式参与主动均衡，再如果设定i=5，那么可以第1组到第4组都是3串，第5组是1串，第1组到第4组中平均电压最高和平均电压最低的两组以占空比差异做主动均衡，其他组充磁与放磁的时间相同各占一半时间，以顺其自然的以半主动均衡模式参与主动均衡。

高频开关的频率，一般MOS管会选择高于20kHz，这样人耳听不见这种高频的噪音，但是如前面原理所述感抗= jwL,其中w=2πf，降低频率就是降低感抗，以此提高抽头绕线组的电流，所以也有低到10kHz的状况，可以得到较大的电流加速均衡，但因成本问题，高频的频率越高，电芯、电感、电容就体积越小，成本越低，并且容易进行高频滤波，一般设计方案在不需要大电流的状况下会采取100kHz到200kHz的范围，容易实现，并且成本更低。

主动均衡中，不需要在每一次开关当中进行ADC模数转换，只需要一段时间才读取一次各个电芯的电压值，因为从最大电芯电压差超过开始均衡阈值，进行电芯电压均衡到进入结束均衡阈值的范围的时间大部分机会都超过1分钟，甚至好几个小时，所以一次ADC读取到下一次ADC读取的时间间隔为0.1秒到5秒就够了，因为占空比差异造成能量从平均电压最高的一组流向最低的那组，这个高频电流的直流成分就是均衡电流，当均衡电流大时，间隔时间要短，以避免这次取样是这组高于那组，而因为间隔时间过长，等下次取样时，已经反转，并且电芯电压差又超过了设定的开始均衡阈值，就造成了平衡振荡，所以均衡电流越大，ADC采样的时间间隔就要越短才行。

为了让ADC读取的间隔时间不需要很短，前面所述利用占空比的差异，使得平均电压最高的电池组输出的磁能较多，这些较多的磁能被输送到平均电压最低的电池组，达成主动均衡的效果，优选的所述的占空比差异在1%到10%之间，以避免前面所说的平衡振荡。

锂电池的电压是一个温度函数，温度越高则电压越高，所以，进入主动均衡的电芯的电压因为充放电的电流与其他电芯不同，温度就不同，电芯电压就随温度也产生变化，为了排除温度造成的电压漂移，可以控制所述的MOS开关30将所述的磁芯中的磁能全部放磁回到电池组中的电芯，然后关闭所有MOS开关一段时间，等电芯温度略为降低并且单个电芯温度比较接近所有电芯的平均温度后再进行ADC转换，由于温度造成的电压漂移的影响不是很大，有些人根本不愿意等待，所以这个等待温度降低的时间不需要算法，而是根据使用人愿意花多少时间等待电芯温度平衡的意愿决定其设定值，优选的，这个等待温度降低的时间是ADC读取时间间隔的0%到50%，即从不需要等待温度降低，到以ADC读取间隔时间的一半来等待温度降低。

图3为多抽头绕线组变压器进行主动均衡的流程图，当开始主动均衡时，先步骤60将一个“主动均衡旗标”初始化设定为0，后面用这个主动均衡旗标来决定是要从步骤72进行开始均衡判断，还是到步骤76进行结束均衡判断，简单的说主动均衡旗标初始化为0后，先进入主动均衡流程的第一步骤62以ADC模数转换读取电芯电压，即以主控单元50经过N路输入的模数转换器ADC40读取N个电芯10的电，然后如前所述，将N个电芯分为i组，接下来步骤64计算各电芯分组中的平均电压，步骤66如前所述看N可以平均分配到i组或者平均分配到i-1组以及一个电芯数目不一样的第i组当中，步骤66比较电芯数目一样的分组中的平均电压高低，找出平均电压最高的和最低的分组，步骤68计算最高电芯电压减去最低电芯电压以得到最大电芯电压差异，步骤70以主动均衡旗标决定是要到步骤72进行开始均衡判断，还是到步骤76进行结束均衡判断；当主动均衡旗标=0时，进入步骤72判断是否“最大电芯电压差异>预设的开始均衡阈值”，如果为真Yes则进入步骤74设定主动均衡旗标=1，那么下一次就不会进到步骤72了，然后进入步骤80以占空比差异控制充磁放磁从平均电压高的电池组搬运能量到平均电压低的电池组，接下来步骤82判断时间达到ADC取样间隔时间了吗？如果为假No，那么回到步骤80，继续以占空比差异控制充磁放磁从平均电压高的电池组搬运能量到平均电压低的电池组，如此反复步骤80充磁放磁主动均衡到步骤82中“判断到ADC取样间隔时间了吗?”为真为止，当步骤82“判断到ADC取样间隔时间了吗？”为真Yes，那么流程跳到主动均衡的第一个步骤62开始下一次的“以ADC模数转换读取电芯电压”，然后如前面说明过的步骤62往下走的流程又重新来过，不过此时主动均衡旗标=1了；如果初始化完，在主动均衡旗标=0的时候，在前面步骤72判断是否“最大电芯电压差异>预设的开始均衡阈值”，结果是为假No时，流程也是跳到步骤62开始下一次的“以ADC模数转换读取电芯电压”，然后如前面说明过由步骤62重新来过，不过此时还是主动均衡旗标=0，那就要一直重复到步骤72“最大电芯电压差异>预设的开始均衡阈值”为真(Yes)，然后才脱离上面的重复回圈，执行步骤74主动均衡旗标=1，要设定主动均衡旗标=1，步骤70才会跳到步骤76判断是否“最大电芯电压差异<预设的结束均衡阈”，如果步骤76结果为真Yes，就结束这次的均衡作业，如果为否(No)，则进入步骤80继续以占空比差异控制充磁放磁从平均电压高的电池组搬运能量到平均电压低的电池组，因为此时主动均衡旗标=1，所以下次循环到步骤70后，还是会进入步骤76判断是否“最大电芯电压差异<预设的结束均衡阈”，如此反复到步骤76判断是否“最大电芯电压差异<预设的结束均衡阈”为真(Yes)时，才完成任务，结束均衡作业。

步骤76的“最大电芯电压差异<预设的结束均衡阈”是否为真用来判断是否停止主动均衡，所述的步骤68中最高的电芯电压减去最低电芯电压的差值得到的最大电芯电压差异小于设订的结束均衡阈值时，就停止主动均衡，优选的此结束均衡阈值为2mV到20mV。

为了能正确的判断是重新开始主动均衡，步骤72判断“最大电芯电压差异>预设的开始均衡阈值”是否为真，当最高电芯电压和最低电芯电压的电压差值大于设订的开始均衡阈值时，才开始进行主动均衡，为避免平衡振荡的现象，开始均衡阈值比结束均衡阈值大，优选的开始均衡阈值是结束均衡阈值的2到5倍。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“前部”、“中央”、“两端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”、“第四”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种以变压器磁芯中的磁能做主动均衡的系统，包括电池单元（100）、电芯（10）、电池组（11）、变压器（20）、MOS开关（30）、模数转换器ADC（40）和主控单元（50）；

所述电池单元（100）中有N个电芯（10），所述N个电芯（10）分为i个电池组（11），其中i≥2,所述变压器（20）包括至少一个磁芯（22）和N个带有抽头的抽头绕线组（21），所述抽头绕线组（ 21）的抽头接到电芯（10）的正极，所述MOS开关（30）设有2N个与所述的N个抽头绕线组（21）连接，每一组抽头绕线组（21）的非抽头的两个输出端与各自经过两个MOS开关（30）中的一个分别接回到电芯（10）的负极，两个MOS开关（30）导通时在一个绕线的电流在磁芯（22）中产生的磁通方向相反，两个所述MOS开关（30）交替导通，两个所述MOS开关（30）的其中一个MOS开关（30）导通可对磁芯（22）充磁能，另一个MOS开关（30）开关导通时可将磁芯（22）中的磁能经过绕线组释放回电芯（10）成为其中的电能；

所述模数转换器ADC（40）有N路输入，所述的N路输入和N个电芯（10）一一对应连接，每个所述电芯（10）的负极经过两个MOS开关（30）和一个抽头绕线组（21）的两个非抽头的输出端连接；

所述主控单元（50）连接所有的MOS开关（30），主控单元（50）连接模数转换器ADC（40），所述主控单元（50）经过模数转换器ADC（40）读取电池单元（100）中的每个电芯（10）的电压，计算所述的i组电池组（11）每一组中电芯（10）的平均电压，其特征在于：主控单元（50）计算出每组电池组（11）的平均电压后，找出各个电池组中最高平均电压和最低的平均电压，控制平均电压最高的电池组（12）对应的开关在高频充放中对磁芯（22）充磁的周期长一些，并且使磁芯（22）放磁回电芯的周期短一些，而控制平均电压最低的电池组(14)对应的开关在高频充放中对磁芯（22）充磁的周期短一些，并且使磁芯（22）放磁回电芯（10）的周期长一些，即可将电芯（10）的能量经由绕线组转成磁芯（22）中的磁能，磁能再经由抽头绕线组（21）转回到电芯（10）的过程中，平均电压最高的电池组（12）输出的磁能较多，这些较多的磁能被输送到平均电压最低的电池组（14），达成主动均衡的效果，其他平均电压不是最高或最低的组，充磁与放磁的时间相同各占一半时间。

2.根据权利要求1所述的一种以变压器磁芯中的磁能做主动均衡的系统，其特征在于：当所述电芯（10）的数量N为质数时，无法分成除了1以外的相等数量的i组，或者N的最大公因数很小，以致分成电芯（10）数量相同的组数q时，造成q很大，q≧6时，此时将N分为i组，i≦5,其中i-1组中的电芯（10）数相同，设定为第1组到第i-1组，另外一组的电芯（10）数与其他i-1组不同，设定为第i组，所述主控单元（50）计算出每一组电池组（11）的平均电压后，第i组不参与最高与最低电压的比较，主控单元（50）直接控制第i组的充磁与放磁的时间相同各占一半时间，对其他1到i-1组比较每组的平均电压大小，控制平均电压最高的电池组（12）对应的MOS开关（30）在高频充放中对磁芯（22）充磁的周期较长，并且使磁芯（22）放磁回电芯（10）的周期较短，而控制平均电压最低的电池组（14）对应的MOS开关（30）在高频充放中对磁芯（22）充磁的周期较短，且使磁芯（22）放磁回电芯（10）的周期较长，即可将电芯（10）的能量经由抽头绕线组（21）转成磁芯（22）中的磁能，磁能再经由抽头绕线组（21）转回到电芯（10）的过程中，以占空比的差异控制平均电压最高的电池组（12）输出的磁能较多，这些较多的磁能被输送到平均电压最低的电池组（14），达成主动均衡的效果，其他平均电压不是最高或最低的组以及第i组，充磁与放磁的时间相同各占一半时间。

3.根据权利要求2所述的一种以变压器磁芯中的磁能做主动均衡的系统，所述主控单元（50）以高频控制2N个所述MOS开关（30），以高频开关产生的电流将N个所述电芯（10）经由N个所述抽头绕线组（21）对磁芯（22）充放磁能，N个所述电芯（10）均至少包括两个电池组（11），所述主控单元（50）经过N路输入的所述模数转换器ADC（40）读取N个电芯（10）的电压，对至少两个所述电池组（11）各自计算出其平均电压，所述主控单元（50）以高频控制2N个MOS开关（30）不停的开关，使电芯（10）的电能不停的转换为磁芯（22）中的磁能，不同抽头绕线组（21）产生的磁能在磁芯中混合相加，又立刻从磁能转换回电芯（10）中的电能，磁能经过各个抽头绕线组（21）转换成电流分流回到各个电芯（10），其特征在于：不需要在每一次开关当中进行模数转换器ADC（40）转换，只需要间隔一段时间才读取一次电压值，开关频率为10kHz到200kHz,模数转换器ADC（40）读取的时间间隔为0.1秒到5秒。

4.如权利要求3所述的一种以变压器磁芯中的磁能做主动均衡的系统，平均电压最高的电池组（12）输出较多的磁能，采用占空比差异控制处理，这些较多的磁能被输送到平均电压最低的电池组（14），达成主动均衡的效果，其特征在于：以所述的最高平均电压和最低平均电压的差异调整平均电压最高的电池组（12）和平均电压最低的电池组（14）的充磁占空比，并且限制所述占空比差异在20%以下。

5.如权利要求4所述的一种以变压器磁芯中的磁能做主动均衡的系统，其特征在于：所述的主控单元（50）在每次要读取电池组（11）的电压值之前，先控制所述MOS开关（30）将磁芯（22）中的磁能全部放回到电池组（11），然后关闭所有MOS开关（30）一段时间，等电池组（11）温度降低并且单个电池组（11）温度接近平均温度后再进行ADC转换，这个等待温度降低的时间不需要算法，根据使用人愿意花多少时间等待电芯温度平衡的意愿决定其设定值，这个等待温度降低的时间是ADC读取时间间隔的0%到50%，即从不需要等待温度降低，到以ADC读取间隔时间的一半来等待温度降低。

6.一种以变压器磁芯中的磁能做主动均衡的方法，包括：

步骤60：初始化；

步骤61：以ADC模数转换读取电芯电压；

步骤62：计算电芯分组中的平均电压；

步骤63：比较电池组中平均电压的高低；

步骤64：计算最高电芯电压减去最低电芯电压以得到最大电芯电压差异；

步骤65：判断主动均衡旗标；

步骤66：判断电芯电压差异是否大于预审的开始均衡阈值；

步骤67：主动均衡旗标=1；

步骤68：判断电芯电压差异是否小于预审的开始均衡阈值；

步骤69：以占空比差异控制充磁放磁从平均电压高的电池组搬运能量到平均电压低的电池组；

步骤70：判断是否到ADC取样间隔时间；

结束均衡。

7.如权利要求6所述的一种以变压器磁芯中的磁能做主动均衡的方法，

其特征在于：

所述步骤61具体为：以主控单元（50）经过N路输入的模数转换器ADC（40）读取N个电芯（10）的电压；

所述步骤62具体为：以主控单元（50）对i个电池组（11）计算其各自组内电芯（10）的电压平均值，其中i≧2；

所述步骤63具体为：比较i个或者i-1个电池组中平均电压高低，找出各电池组（11）中平均电压最高的电池组（12）与平均电压最低的电池组（14）；

所述步骤69具体为：以高频开关电路将电芯（10）的电能经过抽头绕线组（21）对磁芯（22）充磁放磁的过程中，平均电压最高的电池组（12）多充磁一点，而磁芯（22）磁能放磁的时候就对平均电压最低的电池组（14）多放磁一点，能快速的将平均电压最高的电池组（12）的电能，以充磁和放磁的占空比差异经过磁芯（22）输送到平均电压最低的电池组（14）。

8.根据权利要求6所述的一种以变压器磁芯中的磁能做主动均衡的方法，

所述步骤66以所述步骤64得到的最大电芯电压差异和预先设订的开始均衡阈值作比较，当最大电芯电压差异大于预先设订的开始均衡阈值时，才会开始进行主动均衡，开始均衡阈值比结束均衡阈值大，其特征在于：

开始均衡阈值是结束均衡阈值的2到5倍。

9.根据权利要求6所述的一种以变压器磁芯中的磁能做主动均衡的方法，

所述步骤76和所述步骤68得到的最大电芯电压差异和预先设订的结束均衡阈值作比较，当最大电芯电压差异小于预先设订的结束均衡阈值时，才会结束主动均衡，其特征在于：结束均衡阈值选择范围是2mV到20mV。